Các tư tưởng đã được trình bày trong các chương trước mô tả các chuyển động của nước và trầm tích trên sông và dọc bờ biển sẽ được sử dụng trong chương này nhằm lý giải các vấn đề đặt ra
Trang 128 Quá trình thành tạo bờ
L.E van Loo, W.W Massie
28.1 Mở đầu
Mục đích của chương này và chương tiếp theo nhằm minh hoạ các dạng thành tạo bờ khác nhau trên thế giới và giải thích nguyên nhân hình thành chúng Các tư tưởng đã được trình bày trong các chương trước mô tả các chuyển động của nước và trầm tích trên sông và dọc bờ biển sẽ được sử dụng trong chương này nhằm lý giải các vấn đề đặt ra
Một số ảnh và mô tả về sự thành tạo bờ được minh hoạ trong chương này và chương tiếp theo đã được dẫn ra trong tài liệu Shore Protection Manual Ngoài ra Shepard và Wanless (1971) cũng đã tập hợp nhiều bức ảnh đặc biệt kèm theo các mô tả các quá trình vật lý
Mặt khác cũng cần chú ý đến các bản đồ hàng hải Một số các phần trích từ những bản đồ trên cũng được dẫn ra trong quá trình giải thích và mô tả về sự thành tạo bờ
Ngoài ra còn đưa ra một số nguyên lý bổ sung nhằm mục đích phục vụ giải thích hiện tượng Cho rằng bờ cát thẳng dài vô hạn với các đường đẳng sâu song song Dạng bờ như thế đã được thể hiện bằng sơ đồ trong hình 9.1, chương 9 Nếu sóng tới có cùng một góc như nhau trên suốt đường bờ, ngoài ra không có lực tác
động nào khác như thuỷ triều, như vậy sẽ có một dòng vận chuyển cát đồng nhất và không đổi dọc theo bờ Trong trường hợp đó cũng sẽ không xẩy ra xói lở hay bồi tụ vì các dòng trầm tích trên chảy liên tục dọc bờ Vậy nguyên nhân gì sẽ gây nên xói
lở hay bồi tụ? Đây có thể do sự biến đôỉ của dòng vận chuyển hay khả năng vận chuyểnn dọc theo bờ Những biến đổi có thể xẩy ra do sự biến đổi của một trong các nhân tố tác động lên vận chuyển cát, ví dụ độ cao sóng hay hướng sóng tới – có thể xem chương 26
Trong thực tế các bãi liên tục không gây sự quan tâm đối với chúng ta trong chương này, chúng ta sẽ xem xét một số thành tạo khác nhau nhìn nhận từ góc độ
bờ dài liên tục Tuy nhiên các bãi vẫn có thể phát triển dọc theo các bờ đá
28.2 Các lưỡi cát
Lưỡi cát vươn dài ra biển Hướng của các lưỡi cát thường kế tiếp đường bờ nơi bắt nguồn của trầm tích Những lưỡi cát như vậy được thể hiện trên hình 28.1,
Trang 2phần cuối của đảo Block trên bờ Đại tây dương, Hoa Kỳ Các sóng chủ yếu đi từ hướng tây-nam dẫn đến việc cát vận chuyển về phía bắc dọc theo bờ tây của đảo Khi độ sâu trở nên lớn hơn tại phía bắc đảo, sóng sẽ không bị đổ nữa, lượng cát vận chuyển bị giảm và lưỡi cát không phát triển nữa
Hình 28.1 Lưỡi cát phía bắc đảo Block, Hoa Kỳ
(độ sâu tính bằng phít)
Trang 328.3 Các doi cát nổi
Khác với các lưỡi cát được tạo thành từ các vật liệu chuyển động dọc bờ, doi cát nổi được hình thành từ các vật liệu chuyển động vuông góc với bờ – tổng quan chương 25
Hình 28.2 Một phần của biển Wadden và các đảo, Friesland, Hà Lan (đường đẳng sâu tính bằng
mét)
Các doi cát có thể hình thành khi có các nguồn trầm tích dư thừa có nguồn gốc biển khơi, và địa hình có dạng sao cho sóng bị đổ tại một khoảng cách nhất định tính từ bờ do có bãi cạn ngầm nằm ngoài Doi cát sẽ được hình thành tại mép ngoài của bãi cạn nơi sóng bị đổ; nguồn cát cung cấp sẽ hình thành nên bãi tách biệt bờ
và tạo nên doi cát Sóng bão có thể phá vỡ các doi cát và vận chuyển cát vào miền nông phía trong Các cơn bão lớn có thể phá vỡ từng đoạn trên doi cát Nếu dao
động triều có khả năng làm cho doi cát bị khô thì gió sẽ mang cát tạo nên các đụn trên doi cát
Trang 4H×nh 28.3 Doi c¸t næi
däc bê Texas, Hoa kú
Trang 5Một trong những ví dụ điển hình về doi cát nổi bị phá vỡ thuộc các đảo Wadden phía bắc Hà Lan (hình 28.2) Về các doi cát nổi kéo dài gần như liên tục có thể tìm thấy dọc bờ tây bắc vịnh Mexico- hình 28.3 Mũi Hattaras, bang Calorina Bắc, trên
bờ Đại Tây Dương, Hoa kỳ cũng là một trong các ví dụ về doi cát nổi
Khi các doi cát nổi bao gần kín các cửa sông, sẽ hình thành nên các hồ nước mặn hay nước lợ Trên hình 25.4 cho ta thấy một dạng doi cát như vậy dọc bờ nam
đảo Martha Vinyard trên bờ Đại Tây Dương, Hoa Kỳ
Hình 28.4 Doi cát nổi vây kín hồ trên Martha Vinyard
28.4 Bờ dạng Tombolo
Khi có một vật cản phía trước bờ kiểu các dải đá, một công trình phá sóng, hay một xác tàu đắm, hoạt động của sóng tại miền khuất giữa các vật cản và bờ sẽ bị suy giảm Sự suy giảm của sóng tại các vùng khuất sẽ dẫn tới sự suy giảm của dòng trầm tích vận chuyển, vật liệu vận chuyển dọc bờ sẽ được lắng đọng tại các khu vực khuất bóng này Bước đầu sẽ hình nên các miền nước nông Tuy nhiên nơi đây có thể phát triển thành các điểm nối đường bờ xuất phát tới các vật cản Cũng giống như các lưỡi cát, các tombolo sẽ phát triển phụ thuộc vào qúa trình vận chuyển trầm tích dọc bờ
Một tombolo tự nhiên đã được phát triển phía sau đảo Ram trên vịnh Buzzards thuộc bờ bắc Đại Tây Dương, Hoa Kỳ Khu vực này được bảo vệ khỏi tác động của sóng, ngoại trừ sóng hướng nam tới Tombolo này được trình bày trên hình 28.5
Trang 6Hình 28.6 cho ta thấy xuất phát của sự hình thành tombolo phía sau một loạt các công trình phá sóng ngoài khơi Những công trình này được xây dựng nhằm mục đích kích thích và bảo vệ sự hình thành bãi
Hình 28.5 Tombolo giữa đảo Ram và
Mattapoisett Neck, Vịnh Buzzards
Hình 28.6 Sơ đồ bãi Winthrop, Bang
Massachusetts, Hoa Kỳ
Trang 729 Các châu thổ delta
L.E van Loo, W.W Massie
29.1 Mở đầu
Châu thổ delta được phát triển tại các khu vực mà ở đó có sự tập trưng nước và trầm tích ra cửa sông Do sông mang ra nhiều trầm tích nên các châu thổ delta thường phát triển gần các cửa sông hơn là tại các cửa biển khác
Tồn tại một số nhân tố ảnh hưởng đến dạng các châu thổe delta Trong số đó, có triều và nguồn nước ngọt đổ ra cửa, lượng trầm tích mang ra và tính chất của nó, sóng và dòng chảy ven bờ, vận chuyển trầm tích bờ và các tính chất của nó và biến
đổi mực nước trên biển và cửa sông
Phần lớn các nhân tố trên có thể tổng hợp định lượng trong một nhân tố: tỷ lệ giữa lượng trầm tích cung cấp từ sông và và khả năng phân bố lại của các quá trình
bờ Có lẽ hợp lý hơn, nếu ta bắt đầu xem xét trường hợp nguồn nước và trầm tích đổ vào một thuỷ vực yên tĩnh, với khả năng phân bố lại của bờ là zero
29.2 Châu thổ vùng bờ lặng
Cho rằng lưu lượng sông không đổi và bằng Qr, dòng trầm tích cũng không đổi
và bằng Sr cùng đổ ra đoạn bờ thẳng ban đầu Sẽ không có sóng mà chỉ tồn tại duy nhất dòng chảy sông Điều kiện này được thể hiện qua hình 29.1a
Do lưu lượng nước đi qua cửa sông, nên dòng sẽ lan truyền tiếp, dòng chảy thẳng và khả năng vận chuyển trầm tích cũng bị giảm theo Các vật lỉệu sẽ lắng
đọng tại điểm có dòng chảy yếu nhất, nằm về các bên biên của dòng chảy Các dải cạn cũng như mực nước trên đây sẽ phát triển về hướng biển Chúng cũng tương tự như lưỡi cát mô tả trong chương trước, chỉ khác nguồn gốc trầm tích bây giờ được sông mang ra Sự phát triển này được thể hiện trên hình 29.1b
Tuy nhiên sự phát triển này không thể tiếp tục mãi Hậu quả của sự hình thành loại cấu trúc này sẽ là một chuyên đề của công trình sông ngòi Hệ quả quan trọng nhất đối với châu thổ delta là ở chỗ mực nước tại khu vực ban đầu của cửa sông sẽ trở nên cao hơn Điều này dẫn đến sự tăng của gradient thuỷ lực qua lưỡi cát và sông sẽ phá xuyên qua đây tạo nên cửa sông mới – xem hình 29.1c
Trang 9Hình 29.2 Châu thổ delta sông Lena, Siberi, Nga
Tuy nhiên quá trình này sẽ được lặp lại Trên hình 29.2 cho ta một ví dụ về dạng châu thổ delta như vậy trên sông Lena thuộc bờ bắc Siberi, Nga Các đảo Ergye-Muora- Sissye và Barkin đều là một phần của châu thổ này
29.3 Châu thổ delta với tác động phân bố quy mô vừa
Trong trường hợp sóng tác động lên những châu thổ như vừa nêu trên, thì điều gì sẽ xẩy ra?
Để đơn giản hoá vấn đề, cho rằng hướng truyền sóng cơ bản vuông góc với bờ thẳng nguyên thuỷ, điều này có nghĩa không có dòng cát vận chuyển dọc bờ nguyên thuỷ Vậy do đâu điều đó lại xẩy ra? Xin hãy xem lại chương 26!
Tác động sóng sẽ tấn công vào mép của các bãi cạn được thể hiện trên hình 29.1b Vật liệu từ bãi cạn sẽ được mang đi khỏi và dọc theo bờ Hình 29.3 cho ta thấy sự phát triển khi có và không có sóng tác động
Trang 10Hình 29.3 Tác động của sóng
b Trường hợp sóng yếu
Dạng của châu thổ delta được lý giải bằng việc xác định lượng bùn cát vận chuyển tại mỗi điểm dọc bờ, không quên đưa các ảnh hưởng khúc xạ khi sóng không còn đi song song với đường bờ mới Hình 29.4 cho ta một ví dụ hiện tại, một phần của cửa sông Rosetta của sông Nil trên bờ biển Địa Trung Hải, Ai cập Trong ví dụ
Trang 11Cực đại dòng cát vận chuyển xuất hiện gần các điểm uốn đường bờ Các vật liệu
do sông cung cấp được đưa ra cửa sông giữa hai điểm đó Các thông tin đầy đủ hơn
về dạng châu thổ này đã được Frijlink (1959) mô tả kỹ
Hình 29.4 Một phần của delta sông Nil, Aicập
Trang 12Hình 29.5 Delta sông Niger, Nigeria
29.4 Châu thổ vùng chịu tác động biến đổi mạnh
Mỗi khi vai trò phân bổ lại của các quá trình ven bờ trở nên quan trọng hơn, các delta càng ít tiến ra biển hơn Các delta như vậy có thể hình thành trong trường hợp sông có khả năng vận chuyển trầm tích lớn nếu như khả năng phân bổ lại của các quá trình bờ cao kèm theo các vật liệu dễ bị xói lở
Một ví dụ về dạng delta này được thể hiện trên hình 29.6 – trên sông Amazon ở Brazil Mặc dù vận chuyển trầm tích ở đây rất lớn (chương 27) nhưng chúng được
đưa đi luôn về hướng tây-bắc Trong trường hợp đó dòng chảy dọc bờ thường lớn hơn
4 hải lý/giờ do dòng chảy Nam Xích đạo gây nên Dòng chảy đi từ hướng đông-nam thẳng vào khu vực delta không mang theo trầm tích đáy do độ dốc lớn của khu vực biển Phía bắc cửa sông, các bờ bùn được phát triển, như đã trình bày trong chương
27
Trang 13Hình 29.6 Delta sông Amazon, Brazil
29.5 Tác động của vận chuyển dọc bờ
Mỗi khi có dòng trầm tích vận chuyển dọc bờ đáng kể, các dạng delta khác có thể được phát triển
Các cửa sông thường có khả năng chặn các dòng trầm tích dọc bờ Các vật liệu
bờ sẽ lắng đọng trên bờ trước cửa vào làm cho cửa sông bị cạn dần Kết hợp quá trình xói lở sẽ dẫn đến sự chuyển dịch chậm của tất cả cửa sông về hướng dòng trầm tích dọc bờ Trên hình 29.7 cho ta thấy loại cửa sông nêu trên – sông Coos (vịnh Coos, trên bờ Thái Bình Dương của Hoa Kỳ Sự ngự trị của dòng vận chuyển dọc bờ từ phía bắc đã làm cho cửa sông chuyển dich về phía nam hàng kilômét cho
đến khi gặp bờ đá cứng (Mũi Arago)
Vậy nguồn cát từ đâu cung cấp cho lưỡi cát Bắc trên hình vẽ ? Tất cả đều do dòng trầm tích vận chuyển dọc bờ từ phía bắc Một lượng trầm tích không quan trọng do sông mang ra được giữ lại trong cửa sông và dần dần cửa sông được kéo dài hoặc vận chuyển tiếp vượt qua mũi Arago
Trang 14Hình 29.7 Vịnh Coos, Oregon, Hoa Kỳ
Các dòng sông không nhất thiết là nguyên nhân của việc hình thành các lưỡi cát như vậy Tại vịnh Netarts, cũng trên bờ biển Oregon, Hoa Kỳ, dòng cát vận chuyển từ nam lên bắc Thể tích triều tại vịnh này nhỏ hơn nhiều so với vịnh Coos; bãi cạn hình thành phía trước cửa vào và rất có ít khả năng khi bão lớn toàn bộ cửa sông sẽ bị lấp Khu vực này được thể hiện trên hình 29.8
Một nhận xét cuối cùng có thể đưa ra khi xem xét các hình vẽ trên: cả hai lưỡi cát đều bị phủ bởi các đụn cát do gió thổi Các ảnh chụp khu vực này càng chứng tỏ
điều đó
Trang 15H×nh 29.8
VÞnh Netarts, Oregon,
Hoa Kú
Trang 1630 Bảo vệ bờ
L.E van Loo, W.W Massie
30.1 Mở đầu
Chúng ta đã thấy trong hai chương vừa rồi quá trình phát triển bờ bao gồm xói
lở và bồi tụ Rất tiếc là những quá trình đó không phải lúc nào cũng theo ý muốn của con người Nhiều công trình có giá trị bị kéo trôi do các bãi bị xói lở, hoặc cách lạch tàu có thể bị bồi lấp không cho phép tàu thuyền đi lại được bình thường
Trong chương này sẽ tiếp tục giới thiệu tổng quát một số phương pháp bảo vệ
bờ hiện hành Các trình bày chi tiết về hoạt động và cấu tạo của các phương pháp này có thể tìm thấy trong Shore Protection Manual Các thông tin cần thiết về xây dựng các công trình bảo vệ bờ được trình bày trong các sách chuyên khảo về công trình bờ Một số nguyên lý được trình bày trong tập III của bộ sách này (thiết kế các công trình phá sóng ) cũng có thể áp dụng cho các công việc bảo vệ bờ
30.2 Các dạng bờ xói và bồi
Các loại bờ xói và bồi khác nhau có những đặc điểm rất khác biệt Những bờ lở thường được đặc trưng bởi độ dốc lớn Những bờ bồi thì ngược lại có độ dốc rất thoải
Đối với cả hai loại bờ, sự biến đổi dài hạn xẩy ra do kết quả của vận chuyển trầm tích dọc bờ Có thể cần ôn lại các kiến thức được trình bày trong các chương 25
và 26 trước khi đi vào nghiên cứu các công trình bảo vệ bờ trong các mục tiếp theo
30.3 Mỏ hàn
Khi dòng trầm tích vận chuyển dọc bờ gây nên hiện tượng bồi cạn cửa vào cảng thì có thể xây dựng các mỏ hàn vuông góc bờ về phía bờ trên theo dòng trầm tích nhằm chặn đứng sự di chuyển của nó Các mỏ hàn hay công trình phá sóng dạng
Trang 1730.4 Hệ thống các mỏ hàn
Các mỏ hàn chỉ có tác dụng ngăn và tích tụ trầm tích tại một khu vực nhỏ và ngăn trầm tích bồi tụ tại một khu vực khác, nhưng ảnh hưởng của chúng chỉ mang tính chất địa phương
Hệ thống các mỏ hàn, ngược lại, được bố trí cách nhau trên từng đoạn nhất
định dọc bờ Chúng có khả năng tạo ổn định cho cả một đoạn dài đường bờ, trên đó
hệ thống các mỏ hàn giữ lại các trầm tích giữa các mỏ hàn kề nhau Như vậy chúng
có thể sử dụng để bảo vệ các bờ bị xói
Có thể đưa ra một số ví dụ về các hệ mỏ hàn tại khu vực bờ New Jersey, Hoa
Kỳ, ngăn không cho cát đi theo hướng nam Kiểu thiết kế chung nhất là bố trí các
mỏ hàn cách nhau một đoạn bằng khoảng vài lần độ dài mỏ hàn, đó là trường hợp dọc bờ Scheveningen, Hà Lan
Mục đích của các mỏ hàn là giảm tốc độ vận chuyển trầm tích dọc bờ, nếu chúng được thiết kế chuẩn thì sẽ đạt được đường cong trầm tích 2 trên hình 26.2b,
đó là trường hợp lý tưởng Khi thiết kế cần chú ý đến các yêu cầu chọn lựa chính xác độ dài các mỏ hàn, khoảng cách giữa chúng, độ cao và cả độ thẩm thấu của cát tạo nên công trình đó Theo đường cong 2 trên hình 26.2b thì chỉ một phần nhỏ lượng cát vận chuyển bị ngăn lại, nên các mỏ hàn chỉ cần ngắn – thường nhỏ hơn bề rộng đới sóng đổ Các mỏ hàn dài hơn bề rộng đới sóng đổ sẽ tạo nên đường cong trầm tích 4 trên hình 26.2b
Một loại hệ các mỏ hàn khác gồm các hàng cột hình thành nên hàng rào cản thấm qua không ngăn hết toàn bộ lượng cát vận chuyển dọc bờ Do cơ chế vật lý của
hệ các mỏ hàn còn chưa được làm rõ, nên việc thiết kế thành công chúng gần với nghệ thuật hơn là khoa học; tuy nhiên hệ thống này cần chứng tỏ sự hiệu quả của
nó đối với tác động của vận chuyển trầm tích dọc bờ
Có rất nhiều kiểu mỏ hàn đã được trình bày trong Shore Protection Manual
30.5 Các dụn cát
Trong thực tế, cả mỏ hàn lẫn hệ thống mỏ hàn đều không thể ngăn được dòng vật liệu vận chuyển theo hướng vuông góc bờ Điều này đã được thể hiện trong thảm hoạ xẩy ra cuối năm 1973 do bão lớn hướng tây bắc gây nên xói lở bờ nghiêm trọng gần Schevingen, Hà Lan Đó là một ví dụ về quá trình đã được mô tả trước
đây trên hình 25.5 Nếu như dòng vận chuyển ra khơi dẫn đến sạt lở (tạm thời) nghiêm trọng, thì các đụn cát có thể ngăn cản được Cách đơn giản để làm việc đó là tăng khối lượng cát tại phần trên của bờ Tuy nhiên, việc tạo nên dãy các đụn cát rộng, khác với trường hợp tăng cường độ cao, đòi hỏi một lượng cát ít hơn nếu muốn tạo ra khả năng đáp ứng một yêu cầu bảo vệ như nhau Thậm chí việc chuyển dịch cát từ ngoài khơi lên các phần cao của bãi cũng có thể có hiệu quả Việc tạo nên trắc ngang bãi có dạng gần với cân bằng trong các điều kiện bão là nguyên nhân làm chậm quá trình xói lở phía ngoài bờ
